DE3132979A1 - Heizvorrichtung - Google Patents

Heizvorrichtung

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DE3132979A1 DE19813132979 DE3132979A DE3132979A1 DE 3132979 A1 DE3132979 A1 DE 3132979A1 DE 19813132979 DE19813132979 DE 19813132979 DE 3132979 A DE3132979 A DE 3132979A DE 3132979 A1 DE3132979 A1 DE 3132979A1
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Description

Heizvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung, welche zur Verwendung als Heizeinrichtung in einer Gefriertrockenvorrichtung oder einer Auftauvorrichtung für Nahrungsmittel brauchbar ist.
Wenn Nahrungsmittel gefriergetrocknet werden, ist es möglich, ein Produkt zu erhalten, bei welchem Farbe, Aroma, Geschmack und Vitamine des Rohmaterials vergleichsweise gut konserviert werden; wenn später kaltes Wasser, heißes Wasser oder dgl. zugefügt wird, läßt sich der ursprüngliche Zustand des Produktes leicht wiederherstellen.
Wenn dieses Gefriertrocknen zur Verarbeitung von Nahrungs· mitteln verwendet wird, wird der Wirkungsgrad des Transports oder der Lagerung der verarbeiteten Nahrungsmittel verbessert, und dementsprechend können die örtlichen oder saisonbedingten Einschränkungen der Nahrungsmittelerzeugung verbessert und die Nahrungsmittelindurstrie rationalisiert werden. .
Außerdem kann das getrocknete Produkt lange aufbewahrt werden, ohne eine besondere Ausrüstung, wie zum Beispiel ein Kühlschrank oder dgl% zu benötigen, und auch das Kochen des Produktes ist einfach, so daß es zur Verbesserung/Diät nützlich ist.
'der
^ Das Gefriertrocknen von Nahrungsmitteln bedeutet aber, daß das gefrorene Nahrungsmittel durch Hitze getrocknet wird, und es braucht eine lange Zeit von sechs bis zehn Stunden, um das Nahrungsmittel zu trocknen, wenn eine Strahlungsheizvorrichtung, wie beispielsweise eine Heizvorrichtung mit elektrischer Heizurig oder dgl.r verwendet wird.
Diesbezüglich haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung früher eine Heizvorrichtung erfunden, bei welcher gemeinsam mit der St'rahlungsheizvorrichtung eine Mikrowellenheizeinrichtung verwendet wird, die einen Streuungswellenleiter aufweist, der die Eigenschaft hat, ein zu erhitzendes Material von seiner Innenseite aufzuheizen, so daß das zu erhitzende Nahrungsmittel von seiner Innenseite und seiner Außenseite erhitzt werden kann und dadurch zum Erhalten des gleichen gefriergetrockneten Nahrungsmittels eine Trocknungszeit von nur etwa zwei Stunden ausreicht.
Der Bedarf von zwei Stunden zum Trocknen gefrorener Nahrungsmittel ist aber immer noch zuviel und ungeeignet vom Standpunkt der Produktivität. In Anbetracht dessen ist als Ergebnis weiterer experimenteller Forschungen die Tatsache entdeckt worden, daß das Erhitzen durch eine Hochfrequenz von etwa 1000 kHz zum Auftauen nutzbar ist. 25
Im einzelnen zeigt sich folgendes, wenn der dielektrische Verlustkoeffizient (tan S ) von Wasser derart gemessen wird, daß Wasser als Dielektrikum zwischen Elektrodenplatten gehalten wird und eine superhohe Frequenz von 3mHz an die Elektrodenplatten angelegt wird, beträgt der Koeffizient 1,570 χ 10~% während er im Fall von Eis den äußerst kleinen Wert von 9 x Ί0~ annimmt. Dementsprechend erfordert eine Heizvorrichtung mit superhoher Frequenz viel Zeit zum Schmelzen <ron Eis. und ist nicht so brauchbar..
Wenn dagegen der dielektrische Verlustkoeffizient bei Anlegen einer Hochfrequenz von 1000 kHz an die Elektroden-
platten gemessen wird, hat er einen kleinen Wert von 4.00 χ 1.0 im Fall von Wasser, während er einen großen
Wert. 1200 χ 10"^ im Fall von Eis hat.
Dementsprechend wird bei Aufheizen durch eine Hochfrequenz in der Größe von 1000 kHz eine Eisschicht, welche die Oberfläche des zu erhitzenden Nahrungsmittels bedeckt, rasch geschmolzen, so daß die Trocknungszeit durch Hitze verkürzt werden kann.
Die Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis; erfindungsgemäß ist es erreicht worden, daß unter Verwendung einer Hochfrequenz-Heizeinrichtung zusammen mit einer Strahlungsheizeinrichtung und einer Mikrowellenheizeinrichtung das Auftauen beschleunigt wird und die erforderliche Trocknungszeit für gefrorene Nahrungsmittel auf etwa eine Stunde verkürzt wird.
Ausflihrungsbeispiele der Erfindung* bei welchen die Erfindung auf eine Vakuum-Gefriertrocknungsvorrichtung für gefrorene Nahrungsmittel angewandt wird, werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben.Es zeigt:
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels;
eine Draufsicht auf das Beispiel in Figur 1; einen Aufriß des Beispiels in Figur 1; einen Horizontalschnitt eines wesentlichen Abschnitts einer anderen Ausführungsform; und
einen Vertikalschnitt eines wesentlichen Abschnitts einer weiteren Ausführungsform.
Bei der Aüsführungsform *gemäß den Figuren 1 bis 3 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 2 und 3 Hauptwellenleiter einer Mikrowellenheizeinrichtung. Diese Hauptwellenlsiter 1,2,3 sind in drei Stufen übereinander in gleichmäßen Abständen
Figur 1
25
Figur 2
Figur 3
Figur A
30
Figur •5
voneinander angeordnet, und jeder Hauptwellenleiter weist mehrere Mikrowellen-Streuungswellenleiter auf, die von diesem parallel zueinander zur Seite vorragen in Gestalt der Zinken eines Kammes. Mikrowellen-Emissionsöffnungen a sind in Gestalt von Schritt steinen (stepping stones') vorgesehen in einer unteren Oberfläche von jedem der·Mikrowellen-Streuungsweilenleiter A,A,A... , die von dem Hauptwellenleiter 1 vorragen, ferner in oberen und unteren Oberflächen von jedem der Mikrowellen-Streuungswellenleiter B,B,B..., die von dem Hauptwellenleiter 2 vorragen sowie in einer oberen Oberfläche von jeden der Mikrowellen-Streuungswellenleiter C,C,C..., die von dem Hauptwellenleiter 3 vorragen.
Die Bezugszeichen 4,5,6,7 bezeichnen Heißwindleitungen für eine Strahlungheizeinrichtung, welche entlang den Hauptwellenleitern 1,2,3 angeordnet sind, und jedes Paar von Heizrohren 9, welche als Heizleitglieder dienen, steht in engem Kontakt mit den oberen und unteren Oberflächen von jedem der Mikrowellen-Streuungswellenleiter A,B,C und ist an diesen befestigt durch jeweilige Aufnahmesitze 8 , wobei die einen Endabschnitte 9a der Heizrohre 9 in die jeweiligen Heißwindleitungen 4»5>6,7 eingeführt und daran befestigt sind.
Jeweils benachbarte obere und untere Heißwindleitungen 4,5,6,7 sind untereinander durch Wärmeleitblöcke 10 verbunden, die auch als Abstandhalter dienen, und es sind Hilfsheizrohre 12 vorgesehen, jedes von denen an seinen beiden Enden befestigt ist an einem Verbindungsglied 11, welches sich quer zu den Mikrowellen-Streuungswellenleitern A,A,A..., B,B,B..., C,C,C... erstreckt und die freien Enden verbindet, sowie an dem entsprechenden Wärmeleitblock 10. '- .
E1 bezeichnet einen Hochfrequenzoszillator von 1000 kHz für eine Hochfrequenzheizeinrichtung, bei welcher>die - -
' Mikrowellen-Streuungswellenleiter A,A,A... und B,B,B..., die an den Hauptwellenleitern 1 bzw. 2 vorgesehen sind, als ihre Elektroden verwendet werden und Ep bezeichnet einen Hochfrequenzoszillator von 1000 kHz für eine Hochfrequenzheizeinrichtung, bei welcher die Mikrowellen-. Streuungswell'enleiter B, B, B. .. und C, C, C..., die an den Hauptwellenleitern 2 bzw. 3 vorgesehen sind, als ihre Elektroden verwendet werden, und P bezeichnet eine Aufnahmeschale für gefrorene Nahrungsmittel, welche aus einem für elektrische Wellen durchlässigen Kunststoff wie zum Beispiel "Tefron" oder dgl. besteht und zum Plazieren auf allen Mikrowellen-Streμungswθllenleitern B,B,B... und
- /eingerichtet sind
C,C,C..., welche mit ihren jeweiligen Heizrohren 9 versehen sind.
Die geschilderten Heizeinrichtungen sind in einer nichtdargestellten Trockenkammer angeordnet.
Die Betriebsweise und Wirkungsweise der geschilderten Vorrichtung ist folgende:
Gefrorenes Nahrungsmittel wird in die Aufnahmeschalen P eingebracht; dann werden die Schalen auf die Mikrowellen-Streuungswellenleiter B und C gestellt, welche entsprechende Heizrohre 9 aufweisen, und die Luft in der Trockenkammer wird evakuiert, um ein Vakuum zu bilden (0,1 bis 0,5 torr). Danach wird Heißwind durch die Heißwindleitungen Λ,5,6,7 eingeblasen und Mikrowellen von einem(nicht dargestellten) Mikrowellenoszillator werden durch die Hauptwellenleiter 1,2,3 eingeleitet, und an die Hauptwellenleiter 1,2 und die Hauptwellenleiter 2,3 werden Hochfrequenzspannungen von den Hochfrequenzoszialltoren E^ bzw. Eg angelegt.
Auf diese Weise erhalten die Heizrohre 9 Wärme von dem durch die Heißwindleitungen 4-» 5» 6,7 strömenden Heißwind und leiten die Wärme zu den Mikrowellen-Streuungswellenleitern A,B,C, um sie zu erhitzen,und dadurch wird das
gefrorene Nahrungsmittel in jeder Aufnahmeschale P durch die Strahlungswärme von den Wellenleitern erhitzt.
Gleichzeitig werden zusätzlich· die durch die Hauptwellenleiter 1,2,3 fließenden Mikrowellen von den Mikrowellen-Emissionsöffnungen a abgestrahlt, die in den Mikrowellen-Streuungswellenleitern A,A,A..., B,B,B... und OyC,C... vorgesehen sind, welche mit den entsprechenden Hauptwellenleitern 1,2,3 verbunden sind, und das gefrorene Nahrungsmittel wird mit den abgestrahlten Mikrowellen beschickt und wird auf diese Weise von seinem Inneren "her erhitzt.
Zusätzlich befindet sich zwischenzeitlich das Eis, das das gefrorene Nahrungsmittel bedeckt oder darin enthalten ist, innerhalb des elektrischen Feldes der Hochfrequenzheizeinrichtung, welche die Wellenleiter A,B,C als Elektroden
/ so
verwendet, 'daß das Eis durch die Hochfrequenzheizeinrichtung erhitzt wird und schmilzt.
Wie erwähnt wird mit dieser Heizvorrichtung das gefrorene Nahrungsmittel der Heizwirkung durch die Strahlungsheizeinrichtung unterworfen, welche als Heizer die Heizrohre und die Mikrowellen-Streuungswellenleiter verwendet, ferner der Heizwirkung durch die Hochfrequenzerhitzung, welche als Elektroden die Streuungswellenleiter verwendet, sowie der Heizwirkung durch die Mikrowellen, die von den Mikrowellen-Streuungswellenleitern imitiert werden, so-daß das gefrorene Nahrungsmittel von außen und von innen aufgetaut und erhitzt wird und rasch getrocknet wird.
Das verdampfte Wasser wird allmählich von der Trockenkammer durch eine Vakuumvorrichtung an die Umgebung abgegeben.
Erfindungsgemäß wird also durch die Hochfrequenzerhitzung das Auftauen beschleunigt und die Verdampfung des Wassergehalts wird beschleunigt; dies bewirkt eine Abkürzung der erforderlichen Wärmetrocknungszeit und ermöglicht es
insbesondere, die erforderliche Trocknungszeit auf etwa die Hälfte der Zeit zu verkürzen, die für die früher vorgeschlagene Heizvorrichtung erforderlich ist, welche die Strahlungsheizeinrichtung und die Mikrowellenheizeinrichtung verwendet.
Von Vorteil ist auch, datf hinsichtlich weiterer Ausrüstung ausreicht, Ausgangsklemmen der Hochfrequenzoszillatoren Ε.., Ep an die Hauptwellenleiter 1,2,3 anzuschließen, so •Ο daß die Montage der erfindungsgemäßen Vorrichtung leicht auszuführen ist und diese einen hohen industriellen Wert hat.
Die Anzahl der Wellenleiter 1,2,3 kann vermehrt und vermindert werden je nach der gewünschten Größe der Heizvorrichtung.
Figur k zeigt den Aufbau eines wesentlichen Abschnitts eines abgewandelten Ausführungsbeispiels. Jeweilige Gruppen von sechs Mikrowellen-Streuungswellenleitern A,A,A... und A1, A1, A1..:., die je an ihrer unteren Oberfläche eine Mikrowellen-Emissionsöffnung a in Gestalt von Schrittsteinen (stepping stones) aufweist, sind an ihren jeweiligen einen Enden in Gestalt von Kantzinken mit entsprechenden Haupt-Wellenleitern 1,1' verbunden, die an entsprechende Mikrowellen-Oszillationseinrichtungen TX1, TX2 angeschlossen sind, und die Mikrowellen-Streuungswellenleiter A,A,A...-, A',A',A'... sind miteinander abwechselnd derart angeordnet, daß die Zähne der zwei Kämme ineinander eingreifen. Mikrowellen-Streuungswellenleiter B,B,B..., Β',Β',Β'... sowie Mikrowellen-Streuungswellenleiter C„C,C, „„, C'jC'jC1.., sind zwar nicht dargestellt, aber ähnlich angeordnet, und der Aufbau gleicht im übrigen dem Aufbau des in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Beispiels.
Die von der Mikrowellen-Emissionsöffnung a jedes Streuungswellenleiters A,A,A..., Α',Α',Α·... abgegebene Mikrowelle
wird in ihrer Intensität gedämpft entsprechend dein Entfernen von der Verbindungseeite des Wellenleiters -mit dem Hauptwellenleiter, so daß die Heiztemperatur entsprechend dem Abstand von dem Hauptwellenleiter sinkt. Zur Beseitigung dieses Mangels sind aber bei der in Figur 4· gezeigten > Vorrichtung die Mikrowellen-Streuungswellenleiter A,A,A..., Α',Α',Α'... mit abwechselnd unterschiedlicher Flußrichtung der elektrischen Welle angeordnet, so daß das zu erhitzende Material nahezu gleichmäßig erhitz^ werden kann.
Die Mikrowellen-Emissionsöffnung hat in diesem Beispiel die Gestalt von Schrittsteinen, ist aber nicht darauf beischränkt und kann ein langer Schnitt sein.
Falls eine Mikrowellenheizeinrichtung als-.-Heinzeinrichtung einer Vakuum-Gefriertrocknungsvorrichtung verwendet wird, besteht bei Erhöhung des Vakuums die Gefahr, daß eine elektrische Entladung verursacht wird, und wenn ein elektrische Entladung stattfindet, wird das· Heizvermögen vermindert.
Wenn aber die öffnung die Gestalt eines langen Schlitzes hat, wird die elektrische Welle in guter Verteilung imitiert, und folglich wird die Spannung am Klemmenende des Mikrowellen-Streuungswellenleiter so vermindert, daß die Wirkung herbeigeführt wird, .die elektrische Entladung zu verhindern, und daher ist die öffnung in Schlitzgestalt eine brauchbare Form für den Fall, in welchem die Trocken-" kammer ein hohes Vakuum hat.
Zum Erhalten der gleichen Wirkung wie der, die durch in Figur 4· gezeigte Vorrichtung hervorgebracht wird, -kann eine Vorrichtung erwogen werden, bei welcher ein Paar Vorrichtungen vorbereitet werden, jede von denen von gleicher Art ist wie die in Figur 1 gezeigte Heizvorrichtung, und'diese können, wie in Figur 5 g-ezeigt, so angeordnet werden, daß sie zueinander hinweisen und Mikrowellen-Streuungswellenleiter A,A,A..., Β,Β,Β..., C,C,C,.. bzw. Mikrowellen-Streuungswellenleiter Α',Α',Α1,..., Β',Β'·,B'... der
T*
• Vorrichtungen einander abwechselnd ineinander eingefügt werden, daß sie in Schichten angeordnet sind und es ist so eingerichtet, daß diese Mikrowellen in zueinander entgegengesetzter Richtung hindurchgeleitet werden. 5
In dem in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Beispiel sind die Heißwindleitungen 4·» 5» 6, 7 erläutert worden, durch welche der Heißwind geleitet wird. Indessen können diese Leitungen _ als Leitungen für jedes gewünschte Medium verwendet werden, durch welche das hei-ße Medium, wie zum Beispiel Dampf, Heißwasser, heißes öl oder dgl, geleitet wird. Es versteht sich auch, daß elektrische Elemente, wie zum Beispiel elektrische Heizer, als Heizleitglieder anstelle der Heizrohre und der Mediumleitungen verwendet werden können.
Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann nicht nur für eine Vakuum-Gefriertrocknungsvorrichtung oder eine Auftauvorrichtung für gefrorene Produkte verwendet werden, sondern αμοΐι für eine Vakuum-Trocknungsvorrichtung für Nah-
20 rungsmittel.
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25
30 35
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Leerseite

Claims (5)

  1. Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH -" '---'^- D-SÖOO--M G N CH EN 22
    Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN SteinsdorfstrnßelO
    .. 'W" (089) ' 29 66 84
    Dr.rer. not. W. KORBER Ά
    Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS
    PATENTANWÄLTE ^
    OSAKA GAS KABUSHIKI KAISHA
    1, Hiranomachi 5-chome, Higashi-ku
    Osaka-shi, Osaka-fu / Japan
    Kabushiki Kaisha Sofard
    15, Shi motniyabimachi , Shinjuku-ku
    Tokyo / Japan
    Ansprüche:
    ς.) Heizvorrichtung ,gekennzeichnet durch eine Mikrowelleneizeinrichtung mit Mikrowellen-Streuungswellenleitern (A,B,C), die je eine entlang der Fortschrittsrichtung der Mikrowelle verlaufende Mikrowellen-Emissionsöffnung in Gestalt eines langen Schlitzes oder von Schrittsteinen (a) aufweisen und parallel zueinander angeordnet sind, ferner eine Strahlungsheizeinrichtung mit Heizleitgliedern, die entlang Oberflächen der Mikrowellen-Streuungswellenleiter angeordnet sind, sowie eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung, der die Mikrowellen-Streuungswellenleiter als Elektroden dienen.
  2. 2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizleitglieder Heizrohre (9) verwendet werden.
  3. 3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
    daß die Strahlungsheizeinrichtung derart aufgebaut ist, daß
    /eingeführt ein Heizrohr teilweise in eine Heißinediumleitung und mit ihr verbunden ist.
  4. 4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsheizeinrichtung derart aufgebaut ist, daß ein Heizrohr (9) in eine,Heißwindleitung (A»5,6,7) teilweise eingeführt und mit dieser verbunden ist.
  5. 5. Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Streuungswellenleiter (Α,Α1) abwechselnd einander entgegengesetzte Mikrowellenflußrichtungen aufweisen. 5
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